强冲击太阳电池阵诱发等离子体的分布及放电特性

发布时间：2020-04-22 20:48

【摘要】：开展强冲击太阳能电池阵诱发等离子体的空间分布及放电特性研究对于评估空间碎片对航天器的毁伤以及改进防护措施具有重要意义。为揭示不同冲击载荷下冲击条件对产生等离子体空间分布及放电特性的影响规律,建立了强冲击加载系统、等离子体特征参量诊断系统、太阳能电池供放电测试系统及等离子体云演化测试系统;利用二级轻气炮加载系统开展了 2A12铝弹丸以30°、60°及90°的碰撞角度(弹道与靶板平面的夹角)、撞击速度介于2.7km/s～3.3km/s的条件下强冲击太阳能电池阵产生等离子体及其放电特性实验测试。取得了如下研究成果:(1)在强冲击诱发等离子体的特征参量方面,等离子体电子温度与电子密度的演化过程相近;当碰撞速度约为3km/s、碰撞角度为60°时,产生等离子体的振荡频率介于2.153×109Hz～4.027×109Hz之间,碰撞角度为90°时,产生等离子体的振荡频率介于8.563×l08Hz～1.557×109Hz之间;探测点至着靶点距离越大,产生等离子体的电子温度及密度越小;当探测点至着靶点距离相近时,碰撞角度越大,产生等离子体的电子温度及密度越小。(2)在强冲击诱发等离子体特征参量的空间分布方面,弹丸以30°、60°的碰撞角度强冲击诱发等离子体的电子温度及密度近似为椭球体分布;弹丸以90°的碰撞角度强冲击诱发等离子体的电子温度及密度近似为球体分布;探测点至着靶点距离越大,测量得到的等离子体云平均膨胀速率越小;由超高速相机捕捉等离子体云的演化过程图片,得到闪光强度随着等离子体电子密度的增加而增强,二者的演化过程相近。(3)在强冲击诱发等离子体的放电特性方面,当碰撞角度为30°、60°时,存在二次放电现象,-次放电电流峰值高于二次放电电流峰值,一次放电持续时间大于二次放电持续时间;当碰撞角度相同时,碰撞速度越高,一次放电持续时间越小,干路及支路的一次放电电流峰值越大,且支路一次放电电流峰值大于干路一次放电电流峰值;当碰撞速度相同时,碰撞角度越大,强冲击太阳能电池阵产生的干路及支路一次放电电流峰值越小,放电持续时间越长。
【图文】：

空间分布,测试系统,加载,二级轻气炮

放电电流、放电电压。利用二级轻气炮加载系统开展２Ａ１２铝弹丸以３０°、６０°及逡逑９０°的碰撞角度、撞击速度介于２．７ｋｍ／ｓ？３．３ｋｍ／ｓ的条件下强冲击太阳能电池阵产逡逑生等离子体空间分布及其放电特性实验测试。图２．１为实验加载及测试系统。逡逑背景光源＾逦逡逑说丨丨0＝？逡逑／邋Ｔ邋Ｉ邋７＾逡逑Ｉ—＊—逦｜邋Ｉ测速系统高压＿级气宇逡逑靶室逦，逦ｆ邋Ｉ邋逦！邋锥段逦级＾逡逑ｒ－Ｓ逦？统逦，＿逦逦｜￣：级＼邋审—逡逑靶板－二逦鲁逦丨＿逦口逡逑Ｌ－ｐ－ｌ邋一逦弹九逦Ｉ邋＾逦邋逦逡逑逦逦邋Ｉ邋ｕｍ．逡逑＾邋＿邋一￣￣２逦逦Ｊ邋Ｊ逦二级轻气炮逡逑、＿＿■逡逑逦丨邋Ｉ邋￣逦ｒ－Ｓｌｌ邋真空泵逡逑＿＿统丨卜Ｄ邋｜ＳＳＬ邋［0－逡逑图２．１实验加载及测试系统逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｌｏａｄｉｎｇ邋ａｎｄ邋ｔｅｓｔｉｎｇ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑２．２超高速碰撞加载系统逡逑采用二级轻气炮加载弹丸以超高速撞击靶板，二级轻气炮主要由一级气室、逡逑二级气室、高压锥段、发射管、膨胀室、测速装置、靶舱等部分组成，发射管口逡逑径为５ｍｍ

磁测,二级轻气炮,实体图,加载系统

１．一级气室２．电磁阀３．精密压力表４．氮气或氦气５．活塞配重６．氢气７．泵管８．高压锥段９．逡逑膜片及弹丸１０．发射管１１．磁测速１２．辅助触发１３．靶板１４．靶舱逡逑图２．２二级轻气炮加载系统结构图逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｗｏ－ｓｔａｇｅ邋ｌｉｇｈｔ邋ｇａｓ邋ｇｕｎ邋ｌｏａｄｉｎｇ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑着逡逑图２．３二级轻气炮加载系统实体图逡逑Ｆｉｇ．邋２．３邋Ｅｎｔｉｔｙ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｗｏ－ｓｔａｇｅ邋ｌｉｇｈｔ邋ｇａｓ邋ｇｕｎ邋ｌｏａｄｉｎｇ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑２．２．１磁测速系统逡逑磁测速系统主要由三个平行放置的磁感应线圈和示波器组成，当磁通量改变逡逑时将产生感应电动势，进而产生感应电流。当弹丸经过第一个线圈时产生电磁感逡逑应并开始计时，，经过第三个线圈时计时结束。逡逑图２．４、图２．５分别为磁测速系统结构图与示波器测速波形图。弹丸经过各相逡逑邻线圈的时间差为Ａｆ邋（ｐｓ），假定相邻线圈间隔距离ｃ？＝３０ｍｒｎ，则弹丸飞行速度逡逑为逡逑ｖ＝ｉ逦（２－°逡逑－８邋－逡逑
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V445

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